含铁复合材料的制备及其催化过硫酸盐降解酸性红73的研究

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过硫酸盐高级氧化技术是水处理领域的一种新型高级氧化技术,它主要利用过硫酸盐(简写为PS)产生的硫酸根自由基(SO4)氧化有机物。然而,受常规条件下过硫酸盐只能产生极少硫酸根自由基的限制,如何有效活化过硫酸盐成为广大环保工作者的重点。印染行业是产生难降解废水的一个重要源头。因此,本文以偶氮染料酸性红73为目标污染物,制备了两种不同的含铁复合催化剂,研究其活化过硫酸盐氧化降解酸性红73模拟废水的性能。(1)通过浸渍法两步制备Fe-Ag/GAC双金属催化剂,研究了Fe-Ag/GAC催化PS降解酸性红73的性能。与单独Fe/GAC、Ag/GAC相比,Fe-Ag/GAC复合催化剂活化PS产生SO4表现出更好的催化效果。在35℃,Fe-Ag/GAC投加量为7.5g,PS浓度为0.5g?L-1的中性条件下,Fe-Ag/GAC/PS体系在60min内对酸性红73的脱色效率达到99%,TOC去除率达到84.1%。材料表征和机理研究发现,Fe-Ag/GAC复合材料的Fe、Ag主要是以FeO,Fe3O4,FeOOH,Ag形式存在。Ag在体系中能加快电子转移,增强Fe2+/Fe3+的氧化还原速率。重复实验结果表明,多次循环使用后,Fe-Ag/GAC对AR 73的脱色率仍保持在90%。ICP-MS分析结果表明铁离子溶出率较低(1.3%),Ag溶出痕量(1.358μg/L),这表明金属原子被固定在了GAC表面。反应前后催化剂的分析结果表明,催化剂表面形貌以及状态均未发生变化。根据上述研究结果认为Fe-Ag/GAC具有良好催化活性,可重复利用性和高稳定性。(2)基于常温下Fe-Ag/GAC/PS体系对酸性红73去除率低的问题,将三聚氰胺(C6H6N6)与硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)溶液共混合,获得了具有更高活性的Fe-N/O催化剂。研究结果表明,Fe-N/O/PS体系常温下对AR 73表现了良好的降解效果,在Fe-N/O投加量1.0g,PS浓度为1.0g?L-1的中性条件下,反应10min,对50mg?L-1AR 73的脱色率达到96%,TOC去除率达到72.5%。经多次循环利用后,催化剂仍能保持较高的催化活性,反应后上清液中溶出铁的量也非常少。实验发现,不同pH(3.0-9.0)条件下,Fe-N/O/PS体系均对AR 73表现了良好的脱色效果,随着pH的升高,体系的降解效率会下降。随着Fe-O/N中Fe含量的变化,体系对AR 73的脱色率也不同。FTIR,XRD表征结果说明,Fe-N/O中主要形成Fe3N,Fe3O4两个物相。自由基猝灭实验验证了,体系起主导作用的为SO4自由基。催化剂的活性位点为Fe3N和Fe3O4的界面催化作用。基于上述研究得出,选择Fe作为催化剂基本元素,将其他元素(Ag,N)与其掺杂,制备成的催化剂,能够明显的提高过硫酸盐的氧化能力,在一般条件下对酸性红73废水有良好的处理效果。且催化剂的高活性,稳定性对实际印染废水的治理具有重要意义。
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